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出品 | 网易新闻 作者 | 须臾千秋，清华大学土木工程博士 如果你看过2019年央视春节联欢晚会，相信一定对位于山东的这项超级工程不陌生，它创造了全球首次研制成功机器人自动拆装集装箱扭锁、全球首次研制成功轨道吊防风“一键锚定”装置、全球首创自动导引车循环充电技术等多项专利，单机效率高出世界平均水平50%以上，它就是青岛港全自动化集装箱码头。 （一）说起青岛港的历史，可以追溯到127年以前 青岛港可以算得上是中国近代化以来港口的老字号了。 它位于山东半岛南岸的胶州湾内，始建于1892年，也就是清光绪18年，拥有127年历史，它是中国重点国有企业，中国第二个外贸亿吨吞吐大港，同时也是太平洋西海岸重要的国际贸易口岸和海上运输枢纽。 2015年，青岛港实现港口货物总吞吐量4.85亿吨，集装箱完成1743.5万标准箱，均居世界第七位。 之所以这么早就能成为重要港口，是因为青岛港的天赋极高，是全世界不可多得的天然良港。青岛港内水域宽深，四季通航，港湾口小腹大，在机械化程度很低、生产力很低的清末，工人只需在岸上稍作布置，这片天然海湾就可以停靠下万吨巨轮。
（被胶州湾保护得严严实实的青岛港） 不过，如今的青岛港早已不再吃那个天然良港的老底了，和一百年前，甚至是十年前相比，青岛港已经发生了翻天覆地的变化。 2015年6 月 27 日，青岛港开始了全自动化码头的建设，并用两年的时间换装了全自动集装箱码头，装卸效率得到了大幅提升，如今的青岛前湾码头已经成为亚洲唯一真正意义上的全自动化码头。 2019年1月1日，青岛港全自动化集装箱码头创出了新的世界纪录，单机平均效率高达43.23自然箱/小时，保持世界最高效率。 可以说，2019年的青岛港和清末的青岛港已经完全不是同样的存在了，这些进步，在很大程度上要得益于它的全自动化码头。 （二）全自动码头，并不像我们想的那么简单 本质上，全自动化码头就是实现了生产管理系统全自动化的码头。 桥吊操控和堆场作业、水平运输都不需要人去码头，装卸运输设备全部采用电力驱动，整个码头的作业区内看不到人的影子，只需要少数几个人在后台监控码头运营即可。
（全自动化码头中的自动导引运输车） 集装箱货轮靠港后，港口的桥吊先是自动吊起轮船上的集装箱，卸到岸上的堆场中，这些集装箱随后再依次被吊装到在堆场中间穿梭不息的运输车辆上。这些运输车辆也是完全由电脑程序控制，无人驾驶的自动导引运输车(AGV)，按照设定好的路线将集装箱运送到码头外下一步接驳的交通工具上。 反过来讲也是一样，通过陆路运送来的集装箱货物在码头分门别类，全自动地装载上船。
（青岛港繁忙的码头上看不到人的身影） 由于整个装卸和运输过程全部是自动化操作，从理论上讲，全自动化码头可以节省大量的人工，减少由人员误操作带来的损失，从而大幅度提高效率。
（机器人自动拆锁垫） 可是既然全自动化码头这么好，为什么没有推广开来，而是只有少数几个大港口才在使用呢？ 这是因为，全自动化码头的技术含量极高，需要进行大量的技术积累，包括工艺上、装备上以及本身的控制技术，都很难一蹴而就，这些都需要花费大量的资金进行支撑。 这些资金不仅仅包括设备采购和建设的花费，还包括运营维护以及后期的管理花费。此外，还要培养出一套专业的运营团队，探索出合适的运作模式和良好的保障条件。所有这些时间和金钱的投入，都是只有财力十分雄厚的港口才能负担得起的。 因此，全自动码头也被称为“贵族码头”。
那么，只要肯出钱，肯花时间对自动化码头进行投资，自动化码头就一定能获得很高的收益来回报投资者吗？还真未必。 自动化码头的工作效率高度依赖于运营团队的运营能力，自动化码头好，也要看用在谁的手上。 目前，全球自动化码头的单机平均作业效率为每小时20个自然箱，传统人工码头的单机平均作业效率则为25-28个自然箱。换句话说，对于世界上大多数的港口而言，换装了全自动码头之后工作效率不升反降，仅仅是节省了一些劳动力成本。 这使得他们的港口收益周期非常慢，也限制了全自动化码头的推广。换句话说，花了大价钱、大精力换装的自动化码头，很有可能反而是赔钱的。 然而，青岛港则将自动化码头的优势发挥到了极致。 （三）青岛港为何能在全自动码头领域全球领先？ 在自动化码头开始运营以来，青岛港迅速开展了操作、技术、IT一体化联合攻关的探索实践。 在设备层面，不断优化船型扫描、自动防摇防扭和设备精准定位等自动化性能，大力提升设备运行可靠性，努力实现作业无故障，目前设备可靠率达到了99.6%。 在操作层面，持续优化堆场策略和作业控制，梳理作业流程 146 项，优化89 项。 在系统层面，优化了桥吊平台作业逻辑和AGV路径规划，在TOS功能开发方面首次实现了自动化码头按船图位置卸船的重大功能突破，显著提高了码头的作业效率。 经过短短7个月的商业运营，青岛港自动化码头的平均效率就从刚开始的每小时26自然箱提高到了35自然箱，并随着进一步的技术升级达到了40自然箱以上，船舶准班率保持 100%。 截至目前，青岛港全自动化码头共运营14条航线，实现周班运转，作业船舶270多艘次，吞吐量突破 35万个标准集装箱。到此，青岛港自动化码头的效率已经全面超过了人工码头。
青岛港的自动化码头为什么可以取得这样的成功？这来自许多方面的配合。 首先是完善的规划设计。在自动化码头建设之前，首先要对货运结构和整个码头靠泊情况进行系统的分析和计算，在整个设计过程中解决桥吊、轨道堆场和后期集疏运能力的平衡，这三者之间如果有一个的能力显著低于另外两者，就会导致港口整体的效率大幅降低，造成大量浪费。 此外，还要在装卸能力、操作成本和操作效率之间找好平衡，最终使得港口的收益最大。
早在青岛自动化码头开始运营前，人们就已经设计出了集装箱智能化码头集中仿真系统对码头的运行进行了系统的模拟。设计好的码头可以在仿真系统中实现试运行，进行系统功能和性能的测试。一旦发现问题，就可以迅速对设计进行改良，直到得出最优方案进行施工。 同时，模拟系统也可以在码头投入运营前培训操作人员，使操作人员对自动化码头有直观的认识，辅助操作人员根据模拟仿真结果制定相关操作规程，减少码头投产后的运营风险。
（自动化码头模型运行图） 在自动化码头的运营过程中，基与网络和数据的系统管理十分重要。自动化码头网络机构最底层的是过程控制和装备的连接，中间是数字分析，上层则是提供服务，从上到下，通过服务与人的互联来进行物联。 所有码头运营的情况和状态都必须通过数据推算，包括 APP 应用、终端、智能化设备的运作状态，故障的自我等待、自我报故，相互之间的智能化运行，这些数据要有非常好的技术平台支撑，要有非常好的渠道相互输入输出。 再加上船舶停靠作业的数据，在整个网络基础上建立港航级的大数据解决方案，过程中将人工干预降到最低，大幅提高了调度效率。 青岛港自动化码头采用条块分离的模式，功能分区明确，将船舶装卸区、堆场区、集疏运区和辅助生产区严格分开，互不干扰。
作为自动化码头，单个进出闸口设计与传统也是有差异的。青岛港自动化码头整个闸门码头进出闸工序分离，相比起传统港口，最大优势是通过不停车的信息采集区，以及海关闸口时效率极高。不同闸门如果有信息变化，可以在中间迅速采取措施，将意外造成的损失降到最低。 青岛港采用的自动导引运输车（SGV）是整套全自动化码头工程中的亮点。它采用的是国际上最新一代的科技，完全无人驾驶，依靠集中提供的信息系统来协调上百辆运输车的运行。 此外，这些自动导引车还是纯电动的，是世界上最轻的集装箱运输车。采用的自动循环充电技术可以完美地协调每辆车的工作和充电，不会出现电动车常见的那种“消耗大量时间充电影响出勤率”的情况。
（SGV看上去就像个没有车头的小卡车） 结语 从青岛港自动化码头持续优化的作业效率来看，“青岛港模式”具有了可推广可复制的行业示范意义，为全球全自动化码头研发建设提供“中国方案”，这都源于青岛港全自动化码头从硬件到软件都打下了坚实的基础。 基于此，青岛港未来将会迈向更高的层次，继续保持世界上效率最高的自动化码头地位。 作为世界上认知度最高的标签，中国制造（Made in China）正寻求战略升级。「了不起的中国制造」专栏，力邀行业权威、资深玩家，呈现他们眼中的中国创新之路。 投稿请联系newsresearch_ntes@163.com，稿件一经刊用，将提供千字800元的稿酬。 官方图书《了不起的中国制造》现已上市，本书集结了专栏的优秀文章和经典案例，欢迎关注！
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（被胶州湾保护得严严实实的青岛港） 不过，如今的青岛港早已不再吃那个天然良港的老底了，和一百年前，甚至是十年前相比，青岛港已经发生了翻天覆地的变化。 2015年6 月 27 日，青岛港开始了全自动化码头的建设，并用两年的时间换装了全自动集装箱码头，装卸效率得到了大幅提升，如今的青岛前湾码头已经成为亚洲唯一真正意义上的全自动化码头。 2019年1月1日，青岛港全自动化集装箱码头创出了新的世界纪录，单机平均效率高达43.23自然箱/小时，保持世界最高效率。 可以说，2019年的青岛港和清末的青岛港已经完全不是同样的存在了，这些进步，在很大程度上要得益于它的全自动化码头。 （二）全自动码头，并不像我们想的那么简单 本质上，全自动化码头就是实现了生产管理系统全自动化的码头。 桥吊操控和堆场作业、水平运输都不需要人去码头，装卸运输设备全部采用电力驱动，整个码头的作业区内看不到人的影子，只需要少数几个人在后台监控码头运营即可。
（全自动化码头中的自动导引运输车） 集装箱货轮靠港后，港口的桥吊先是自动吊起轮船上的集装箱，卸到岸上的堆场中，这些集装箱随后再依次被吊装到在堆场中间穿梭不息的运输车辆上。这些运输车辆也是完全由电脑程序控制，无人驾驶的自动导引运输车(AGV)，按照设定好的路线将集装箱运送到码头外下一步接驳的交通工具上。 反过来讲也是一样，通过陆路运送来的集装箱货物在码头分门别类，全自动地装载上船。
（青岛港繁忙的码头上看不到人的身影） 由于整个装卸和运输过程全部是自动化操作，从理论上讲，全自动化码头可以节省大量的人工，减少由人员误操作带来的损失，从而大幅度提高效率。
（机器人自动拆锁垫） 可是既然全自动化码头这么好，为什么没有推广开来，而是只有少数几个大港口才在使用呢？ 这是因为，全自动化码头的技术含量极高，需要进行大量的技术积累，包括工艺上、装备上以及本身的控制技术，都很难一蹴而就，这些都需要花费大量的资金进行支撑。 这些资金不仅仅包括设备采购和建设的花费，还包括运营维护以及后期的管理花费。此外，还要培养出一套专业的运营团队，探索出合适的运作模式和良好的保障条件。所有这些时间和金钱的投入，都是只有财力十分雄厚的港口才能负担得起的。 因此，全自动码头也被称为“贵族码头”。
那么，只要肯出钱，肯花时间对自动化码头进行投资，自动化码头就一定能获得很高的收益来回报投资者吗？还真未必。 自动化码头的工作效率高度依赖于运营团队的运营能力，自动化码头好，也要看用在谁的手上。 目前，全球自动化码头的单机平均作业效率为每小时20个自然箱，传统人工码头的单机平均作业效率则为25-28个自然箱。换句话说，对于世界上大多数的港口而言，换装了全自动码头之后工作效率不升反降，仅仅是节省了一些劳动力成本。 这使得他们的港口收益周期非常慢，也限制了全自动化码头的推广。换句话说，花了大价钱、大精力换装的自动化码头，很有可能反而是赔钱的。 然而，青岛港则将自动化码头的优势发挥到了极致。 （三）青岛港为何能在全自动码头领域全球领先？ 在自动化码头开始运营以来，青岛港迅速开展了操作、技术、IT一体化联合攻关的探索实践。 在设备层面，不断优化船型扫描、自动防摇防扭和设备精准定位等自动化性能，大力提升设备运行可靠性，努力实现作业无故障，目前设备可靠率达到了99.6%。 在操作层面，持续优化堆场策略和作业控制，梳理作业流程 146 项，优化89 项。 在系统层面，优化了桥吊平台作业逻辑和AGV路径规划，在TOS功能开发方面首次实现了自动化码头按船图位置卸船的重大功能突破，显著提高了码头的作业效率。 经过短短7个月的商业运营，青岛港自动化码头的平均效率就从刚开始的每小时26自然箱提高到了35自然箱，并随着进一步的技术升级达到了40自然箱以上，船舶准班率保持 100%。 截至目前，青岛港全自动化码头共运营14条航线，实现周班运转，作业船舶270多艘次，吞吐量突破 35万个标准集装箱。到此，青岛港自动化码头的效率已经全面超过了人工码头。
青岛港的自动化码头为什么可以取得这样的成功？这来自许多方面的配合。 首先是完善的规划设计。在自动化码头建设之前，首先要对货运结构和整个码头靠泊情况进行系统的分析和计算，在整个设计过程中解决桥吊、轨道堆场和后期集疏运能力的平衡，这三者之间如果有一个的能力显著低于另外两者，就会导致港口整体的效率大幅降低，造成大量浪费。 此外，还要在装卸能力、操作成本和操作效率之间找好平衡，最终使得港口的收益最大。
早在青岛自动化码头开始运营前，人们就已经设计出了集装箱智能化码头集中仿真系统对码头的运行进行了系统的模拟。设计好的码头可以在仿真系统中实现试运行，进行系统功能和性能的测试。一旦发现问题，就可以迅速对设计进行改良，直到得出最优方案进行施工。 同时，模拟系统也可以在码头投入运营前培训操作人员，使操作人员对自动化码头有直观的认识，辅助操作人员根据模拟仿真结果制定相关操作规程，减少码头投产后的运营风险。
（自动化码头模型运行图） 在自动化码头的运营过程中，基与网络和数据的系统管理十分重要。自动化码头网络机构最底层的是过程控制和装备的连接，中间是数字分析，上层则是提供服务，从上到下，通过服务与人的互联来进行物联。 所有码头运营的情况和状态都必须通过数据推算，包括 APP 应用、终端、智能化设备的运作状态，故障的自我等待、自我报故，相互之间的智能化运行，这些数据要有非常好的技术平台支撑，要有非常好的渠道相互输入输出。 再加上船舶停靠作业的数据，在整个网络基础上建立港航级的大数据解决方案，过程中将人工干预降到最低，大幅提高了调度效率。 青岛港自动化码头采用条块分离的模式，功能分区明确，将船舶装卸区、堆场区、集疏运区和辅助生产区严格分开，互不干扰。
作为自动化码头，单个进出闸口设计与传统也是有差异的。青岛港自动化码头整个闸门码头进出闸工序分离，相比起传统港口，最大优势是通过不停车的信息采集区，以及海关闸口时效率极高。不同闸门如果有信息变化，可以在中间迅速采取措施，将意外造成的损失降到最低。 青岛港采用的自动导引运输车（SGV）是整套全自动化码头工程中的亮点。它采用的是国际上最新一代的科技，完全无人驾驶，依靠集中提供的信息系统来协调上百辆运输车的运行。 此外，这些自动导引车还是纯电动的，是世界上最轻的集装箱运输车。采用的自动循环充电技术可以完美地协调每辆车的工作和充电，不会出现电动车常见的那种“消耗大量时间充电影响出勤率”的情况。
（SGV看上去就像个没有车头的小卡车） 结语 从青岛港自动化码头持续优化的作业效率来看，“青岛港模式”具有了可推广可复制的行业示范意义，为全球全自动化码头研发建设提供“中国方案”，这都源于青岛港全自动化码头从硬件到软件都打下了坚实的基础。 基于此，青岛港未来将会迈向更高的层次，继续保持世界上效率最高的自动化码头地位。 作为世界上认知度最高的标签，中国制造（Made in China）正寻求战略升级。「了不起的中国制造」专栏，力邀行业权威、资深玩家，呈现他们眼中的中国创新之路。 投稿请联系newsresearch_ntes@163.com，稿件一经刊用，将提供千字800元的稿酬。 官方图书《了不起的中国制造》现已上市，本书集结了专栏的优秀文章和经典案例，欢迎关注！
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